机电一体化的立体停车库PLC控制系统设计

刘永

摘要：由于传统的立体停车库控制系统稳定性较差且准确程度较低，文章设计了机电一体化的立体停车库PLC控制系统。该系统在结构上以升降横移式多层立体结构为主，采用单模块与多模块结合的方式，通过控制载车台完成存、取车及升降系统的设计。在系统软件上，基于PLC系统增加智能PID算法，减少振荡与控制不稳定现象发生；利用A/D相互转换与传感信息采集，完成控制输出指令模块的增加，使载车装置自动准确到达对应泊位。测试结果表明：立体停车库系统优化后，当存入车辆从100辆增加到500辆时，停车入位的平均准确率可以达到98.8%。通过测试可以看出，文章设计满足了对立体停车库PLC智能控制的需求。

关键词：机电一体化；立体停车库；PLC；控制系统

中图分类号：TP273

文献标志码：A

0 引言

随着城市国民经济的增长和社会物质文化多样化，让汽车适应城市经济社会发展的需要，立体停车库是当今汽车PLC管理系统的组成部分。新型PLC技术可以自动监控和管理存放多层汽车。由于车辆保有量快速增加，“停车困难”已成为影响当今城市交通规划较重要的问题，因此需要发展库存容量大占地面积小的立体停车库，以有效解决“停车困难”的问题。然而，当前我国的绝大多数立体停车库并没有跟互联网进行有效连接，这就导致无法对车位实现远程的预约与管理，智能化的水平会相对较低，甚至部分车库因自身存取策略，导致存取车辆效率较低的情况发生^［1］。面对这种的状况，就必须使用可以多层停车的立体停车库来克服“停车困难”的问题。立体停车库的种类相对较多，不同类型的停车库，控制的方法也不同。本次研究的系统，以升降横移式的立体停车库为主要控制对象，研究一种通用的多层立体停车库控制系统设计，该系统是以机电一体化下的PLC控制为基础完成实时监控。

1 系统结构设计

停车库采用升降横移式多层立体构件结构方式，其标准型式下断面为工字形状的长条钢材、上断面为凹槽状的长条钢材以及二端互相垂直呈角状的长条钢材等由型材所构成的基本零结构，而在连接的时候，主要通过螺栓连接来完成，也有局部采用焊接。为有效减重，停车位底板使用质地较轻、强度较高的复合型板材制成，且停车库外部使用相对美观的彩钢来装饰。立体停车库通常由一个模块（可设计为8层，每层停10辆车，大约由80个车位）组合而成，如家属居住的地方可将一个模块设计在90°转弯的位置上。如停车场设在商业街甚至是医院的旁边，则需要按照不同的需求而将它设计成单、双层模块结合的形式。值得注意的是，由于模块组合数量增加，停车库容量将以倍数增长的方式增大^［2］。

若汽车已进入停车库中的道路上，此时光电传感器开关的控制门就会自行打开，只需将汽车停到旋转台上即可。司机可沿人行通道直接从车房出来，在进行刷卡并记录好个人信息以后，就能够直接从服务台领取到停车卡。完成后出入库的大门将封闭，而系统也将控制并转动台车，使之转动至180°并把车辆情况进行手动调节，而停车库载车台则在系统的操控下，将运行至旋转台的最高位置^［3］。停车库载车台结构示意，如图1所示。

载车台上方的托板驱动机构可将托板从载车台上内滑出，并一直延伸到汽车的下方，将汽车静止后，托板随同汽车一起返回到载车台上后方，并随着在载车台上的运动使汽车翻转以进行停放。托板上的驱动器会引导托板移动到停车位上，而此时将托板退回后载车台的工作也开始进行。当取回车的时候，用户只需在服务台处进行插卡或输入密钥后，系统就会根据存取车时的信息，把车辆从车位上取出并送回取车处^［4］。

2 系統软件设计

2.1 增加智能PID算法

控制系统在运行过程中，会持续出现振荡与控制不稳的现象，这是由于控制过程中误差超过设定范围造成的。为了让其在设定的范围内运行得更加平稳，需要对控制系统增加比例调节的功能。PLC（即可编程逻辑控制器）系统是由PID控制器及被控制的对象组成。假设，e（r）为给定的数值，t（r）为通过系统实际输出的数值，那么给定的数值与实际输出数值所构成的控制偏差数值w（r）就如式（1）所示。

w（r）=e（r）-t（r）（1）

w（r）作为PLC控制系统中由PID来进行控制的输入量，也就是将得到的w（r）准确量，进行模糊量化的处理过程，并最终形成模糊语言的一种表达形式，通过多次的数据对比就可以得到一个关于模糊语言的子集合^［5］。y（r）作为由PID控制的输出量和被控制对象的输入量，因此，智能PID控制的规律就如式（2）所示。

其中：Jq代表着PLC系统中，PID的比例系数；R_u代表着PLC系统中，PID的积分系数；Rs代表着PLC系统中，PID的微分系数。进行智能PID控制过程中，为了可以得到更加精准的控制，就需要将y（r）进行非模拟化处理，并进行精准量化的过程，得到的精准数据量再进行后续的处理。

2.2 增加控制输出指令模块

立体车库系统的关键技术，是让汽车快速精确地对号进位。要让载车系统自动安全地抵达对应泊位，可通过步进电机推动载车系统，使载车台旋转；也可通过异步电机推动机械装置，使载车台移动。为提高存取效能和载车控制系统的稳定性，电动机采用了变频器调速。在各个层次包括近行程开关和接近控制器，当升降机构接触靠近控制器后，电机也进行了下降；当触及近行程继电器时，电动机终止了工作。当小车进入泊位时，将安装在承载小车上的步进电机通过驱动托板平移。电动机正转，将平动操作台向前平移，送小车入号；反之，送车系统出号。当一个存取任务完成后，升降载车系统等待下一次存取命令。在这个过程中，就需要利用A/D进行相互的转换，并且将与停车库PLC控制相关的传感信息采集，作为其稳定运行的测试因子。其表达可如式（3）所示。

然后，與其电路相关的各项检测监控的信息，主要是需要传感器来进行输出，并传输到控制系统中的信息单元进行处理。而其与检修相关的负载功率可以表现为公式（4）和公式（5）。

最后，可以得到其控制输出指令如公式（6）所示。

其中：β=4π×10^-7H/m，e，c，d分别代表着为停车库PLC控制信息采集所需要统计的特征量；U代表着停车库在进行自动检测的时候，其内部产生的主要输出值^［6］。而经过以上调整，可实现PLC控制器的设置，至此关于机电一体化的立体停车库PLC控制器全部设置完毕。

3 应用测试与分析

把此次设计的立体停车库PLC控制系统作为检查目标，查找系统在设计时，出现问题冲突的地方，再根据这些情况做出后续调整，保证系统在设计工作中的正确运行。因此需要对PLC控制系统内部的性能进行测试，最后通过将该系统环境运用在现实运行场景中，找到此次应用的系统环境与现实系统之间存在的差异。具体测试环境如表1所示。

为了测试此次设计的PLC控制系统的工作性能，将此次设计的控制系统作为实验组，将基于DCS的控制系统与基于FluidSIM的控制系统分别作为对照组1和对照组2，从而分析3种方法在相对稳定的前提下，哪种方法可以更加有效地对立体停车库进行智能控制。此次测试在相同环境下进行，具体测试结果如图2所示。

由图2可以看出：基于FluidSIM的控制系统运行后，当存入车辆从100辆增加到500辆时，车辆停止后进入车位的准确率从100%降到60%左右；而使用此系统后，停车入位的平均准确率为79.2%。基于DCS的控制系统运行后，当存入车辆从100辆增加到500辆时，车辆停止后进入车位的准确率从100%降到72%左右；而使用此系统后，停车入位的平均准确率为87.2%。而机电一体化的PLC控制系统运行后，当存入车辆从100辆增加到500辆时，车辆停止后进入车位的准确率从100%只降到97%左右；那么使用此系统后，停车入位的平均准确率可以达到98.8%。由此可见，系统在智能控制的前提下，通过对内部设施的不断改善，则可以通过机电一体化技术下的PLC来实现智能控制的效果，并且比两种传统方法控制的效果都要好。

4 结语

把可编程控制器作为升降横移的立体停车库中，控制系统的最基础部分，是根据对各种客观条件加以综合性分析后所得出的结论。由于可编程控制器从某种意义上，有着优秀的控制特性、尺寸比较小、性能也较为强大，以及抗干扰的效果比较好，所以上述特性也使它被广泛应用于停车库的控制器中。立体停车库在当今的发展趋势下，一个新型的行业也正蓬勃发展的成长中。本文所研究机电一体化的立体停车库PLC控制系统，通过其整体的设计与控制程序的设计，以提升立体停车库自动化与智能化的水平，来建造出更加智能的立体停车库控制系统，满足当今时代的发展趋势。

参考文献

［1］梁天硕，魏立明.基于PLC住宅小区停车场模拟控制系统设计［J］.北方建筑，2020（4）：29-31.

［2］刘翼辉，闫娟，刘宇伟，等.基于PLC的停车库智能门禁系统的设计［J］.产业与科技论坛，2020（17）：66-67.

［3］姚静，巩建辉，任健.老旧小区基于PLC的垂直循环式立体车库控制系统的设计［J］.时代汽车，2021（13）：15-16.

［4］陈冬.智能垂直循环立体车库PLC控制系统的研究［J］.化工管理，2020（35）：101-102.

［5］夏春龙.机电控制系统自动控制技术与一体化设计探究［J］.科技视界，2022（22）：63-65.

［6］宋甜.机电控制系统自动控制技术与一体化设计［J］.现代制造技术与装备，2021（6）：194-195.

（编辑 姚 鑫）

Design of PLC control system for mechatronics stereoscopic parking garage

Liu Yong

（Shandong Demeng Inspection and Testing Co.， Ltd.， Dezhou 253000， China）

Abstract： Due to the poor stability and low accuracy of the traditional three-dimensional parking garage control system， the article designs an electromechanical integrated PLC control system for the three-dimensional parking garage. The system mainly adopts a multi-layer three-dimensional structure with lifting and horizontal movement， and adopts a combination of single module and multiple modules to complete the design of storage， pick-up， and lifting systems by controlling the vehicle loading platform. In terms of system software， an intelligent PID algorithm is added based on the PLC system to reduce oscillation and control instability; By utilizing A/D mutual conversion and sensing information collection， the addition of control output command modules is completed， enabling the vehicle carrying device to automatically and accurately reach the corresponding parking space. The test results show that after the optimization of the three-dimensional parking garage system， the average accuracy of parking placement can reach 98.8% when the number of stored vehicles increases from 100 to 500. Through testing， it can be seen that the article design meets the demand for PLC intelligent control of three-dimensional parking garages.

Key words： mechatronics; three-dimensional parking garage; PLC; control system